目錄

  1  高溫合金制造工藝2  高溫合金分類3  高溫合金使用范圍及選擇4  高溫合金發展趨勢

  1高溫合金制造工藝

  不含或少含鋁、鈦的高溫合金，一般采用電弧爐或非真空感應爐冶煉。含鋁、鈦高的高溫合金如在大氣中熔煉時，元素燒損不易控制，氣體和夾雜物進入較多，所以應采用真空冶煉。為了進一步降低夾雜物的含量，改善夾雜物的分布狀態和鑄錠的結晶組織，可采用冶煉和二次重熔相結合的雙聯工藝。冶煉的主要手段有電弧爐、真空感應爐和非真空感應爐；重熔的主要手段有真空自耗爐和電渣爐。

  固溶強化型合金和含鋁、鈦低（鋁和鈦的總量約小于4.5％）的合金錠可采用鍛造開坯；含鋁、鈦高的合金一般要采用擠壓或軋制開坯，然后熱軋成材，有些產品需進一步冷軋或冷拔。直徑較大的合金錠或餅材需用水壓機或快鍛液壓機鍛造。

  合金化程度較高、不易變形的合金，目前廣泛采用精密鑄造成型，例如鑄造渦輪葉片和導向葉片。為了減少或消除鑄造合金中垂直于應力軸的晶界和減少或消除疏松，近年來又發展出定向結晶工藝。這種工藝是在合金凝固過程中使晶粒晶粒 的供應商沿一個結晶方向生長，以得到無橫向晶界的平行柱狀晶。實現定向結晶的首要工藝條件是在液相線和固相線之間建立并保持足夠大的軸向溫度梯度和良好的軸向散熱條件。此外，為了消除全部晶界，還需研究單晶葉片的制造工藝。

  粉末冶金工藝，主要用以生產沉淀強化型和氧化物彌散強化型高溫合金。這種工藝可使一般不能變形的鑄造高溫合金獲得可塑性甚至超塑性。

  綜合處理高溫合金的性能同合金的組織有密切關系，而組織是受金屬熱處理控制的。高溫合金一般需經過熱處理。沉淀強化型合金通常經過固溶處理和時效處理。固溶強化型合金只經過固溶處理。有些合金在時效處理前還要經過一兩次中間處理。固溶處理首先是為了使第二相溶入合金基體，以便在時效處理時使γ、碳化物（鈷基合金）等強化相均勻析出，其次是為了獲得適宜的晶粒度以保證高溫蠕變和持久性能。

  固溶處理溫度一般為1040～1220℃。目前廣泛應用的合金，在時效處理前多經過1050～1100℃中間處理。中間處理的主要作用是在晶界析出碳化物和γ膜以改善晶界狀態，與此同時有的合金還析出一些顆粒較大的γ相與時效處理時析出的細小γ相形成合理搭配。時效處理的目的是使過飽和固溶體均勻析出γ相或碳化物(鈷基合金)以提高高溫強度，時效處理溫度一般為700～1000℃。

  2高溫合金分類

  高溫合金通常可分三類。

  鐵基高溫合金此類合金又分為固溶強化合金和時效硬化合金。時效硬化合金包括Pyromet@A一286、901、V一57、CTX一1、CTX一909合金和Thermo-Span@合金。這些合金均包含鈮及(或)鈦和鋁。經固溶時效硬化處理后，在595-705。C下具備良好的強度與硬度。

  鎳基高溫合金此類合金又分為非時效硬化合金和時效硬化合金。含鉻量約20[%]，而鎳含量為50[%]一80[%]。典型的時效硬化合金有：Waspaloy、Pyromet 720、和Pyromet 41、80A、X一750和751合金，這些合金的適用溫度最高為870℃。固溶強化合金(Pyromet 102、680和625合金)最高工作溫度達1 205℃。

  鈷基高溫合金此類合金的代表是L一605。除含有鎳、鐵、鉻和鎢外，其鈷含量達50[%]；它屬展延性合金，工作溫度最高約1 040℃；此類合金還包括MPl59和188合金。此類合金尤其適用于需耐硫腐蝕的環境。

3高溫合金使用范圍及選擇

  在540-815℃高強度應用場合主要采用析出強化合金。這些合金體系均包含通過鎳、鋁、鈦或鈮的析出物(Ni，Al、Ni，Ti、Ni，Nb)以及固溶強化元素(如Mo)加以強化的奧氏體基體。

  當析出物過剩并隨溫度升高開始溶解時，說明這些合金已達到溫度極限。但是，通過增加析出成形元素(Ti、A1、Nb)，可以提高其耐熱性。此外，還必須持續增加鎳含量，以形成金屬間析出物，并穩定合金含量更高的奧氏體結構。還可以添加鈷元素，降低析出物的溶解傾向。添加鎢和鉬等難熔元素，可提高高溫硬度。所有這些添加元素可改善耐熱性能，但亦使合金成本大幅提高。

  合金的選擇標準

  選擇合金取決于力學性能要求(即強度、蠕變、疲勞)以及最高使用溫度。典型高溫合金的成分、力學性能和使用溫度上限分別。

  A一286合金屬于奧氏體析出硬化型高溫合金，在最高620。C下可長期工作并具有中等強度。A一286的名義鎳含量為25[%]，成本較低。

  按耐熱性能的升序排列，其他常用合金有901、718、X750、751、Waspaloy和Pyromet 41與720合金。表1所示為本系列材料逐漸增加的合金含量。

  Pyromet 718合金也許是最通用的高溫合金，在675。C具有高強度和抗蠕變性，且這兩種特性在最高760℃下，均達合理水平，其抗疲勞特性極其優越。

  Waspaloy合金主要用于溫度超出675℃時和最高溫度在7600C時需達至超蠕變的情況。由于它的鎳和鈷含量更高，故其成本較高。Waspaloy是渦輪部件、鍛模緊固件和鋼模鍛造等的理想之選。

  4高溫合金發展趨勢

  高溫合金發展的趨勢是進一步提高合金的工作溫度和改善中溫或高溫下承受各種載荷的能力，延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言，單晶葉片將進入實用階段，定向結晶葉片的綜合性能將得到改進。

  此外，有可能采用激冷態合金粉末制造多層擴散連接的空心葉片，從而適應提高燃氣溫度的需要。就導向葉片和燃燒室材料而言，有可能使用氧化物彌散強化的合金，以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能，合金的防護涂層材料和工藝也將獲得進一步發展。